CN103205023A - 一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法 - Google Patents
一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法，包括以下步骤：一、按一定重量份称取淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水；二、将称取后的各种原料加入混合机中混合均匀，得到混合料；三、将混合料加入双螺杆挤出机中挤出，得到竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料。本发明原料来源广泛，制备工艺简单，适合大规模工业化生产。采用本发明制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料具有良好的机械性能、耐热性能和生物降解性能，在环境保护以及资源开发等方面都具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于可降解材料制备技术领域，具体涉及一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法。
背景技术
塑料产业的高速发展给人们的生产生活带来了极大的方便，但由塑料废弃物引起的“白色污染”问题也日益严重，难降解的塑料引发的环境污染问题越来越受到世界各国的关注和重视。使用可降解塑料是解决塑料污染的一个根本途径。在寻求可降解塑料解决塑料垃圾污染的研究过程中，以淀粉为基础原料得到的生物降解塑料得到了迅速的发展。在可生物降解塑料中，淀粉这种天然高分子物质具有来源广泛、价格低廉、再生周期短、能在多种环境下完全生物降解、不会对环境产生任何污染等优点，是发展前景很好的天然生物降解材料。但淀粉基塑料的机械性能和耐热性能较低，使其推广应用受到了很大限制。
在塑料中加入纤维状填料是提高塑料机械性能的一种有效方法。竹粉是竹子粉碎后得到的粉末，具有有纤维状的形态结构，故其可添加到塑料等材料中作为补强组分来使用。竹粉来源广泛、价格低廉，其天然纤维的结构具有生物降解性。白炭黑的化学名称为水合无定形二氧化硅或胶体二氧化硅，是一种白色、安全无毒的微细粉状物，具有多孔性、内表面积大、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能，主要用作橡胶、塑料等产品的填充补强剂。
截至目前，尚未发现有关竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法见诸报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法。采用该方法制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料具有良好的机械性能、耐热性能和生物降解性能，易于加工成具有生物降解性的各类塑料制品，能够替代现有的污染环境的塑料制品以及生物难降解的塑料制品，在环境保护以及资源开发等方面都具有重要意义。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份称取以下各种原料：淀粉40～70份，竹粉10～20份，白炭黑5～15份，聚乙烯醇5～10份，增塑剂5～10份，复合助剂1～3份，水3～6份；所述复合助剂由聚乙烯蜡、硬脂酸、白油和偶联剂按质量比(27～32)∶(27～32)∶(27～32)∶(8～12)混合配制而成；所述增塑剂为二元醇或三元醇；所述偶联剂为硅烷偶联剂；
步骤二、将步骤一中称取后的淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水加入混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入双螺杆挤出机中，在挤出温度为140℃～170℃的条件下挤出，得到竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料。
上述的一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述二元醇为乙二醇、1,2-丙二醇或1,3-丙二醇，所述三元醇为丙三醇。
上述的一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂YDH-151或硅烷偶联剂KH-570。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料采用淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇等物质为原料制备得到，原料价格低廉，来源广泛易得，能够使资源得到合理地开发与利用，具有显著的社会价值和经济价值。
2、本发明竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料能够在双螺杆挤出机中一步完成，制备工艺简单且易于操作，适合大规模工业化生产。
3、本发明采用来源广泛、价格低廉的竹粉作为补强剂，充分利用其网状纤维结构及其易降解、易成型的优良性能，制备得到机械性能好、生物降解性好的淀粉基可降解塑料，拓宽了竹粉的用途，使资源得到了合理地开发与利用；同时，竹粉中含有纤维素等成分，不仅补强了淀粉基可降解塑料的机械性能，而且使塑料更容易受到土壤中微生物的侵蚀，从而得到更快降解，尤其是在潮湿环境中降解速率更加迅速，最终显著提高的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的降解性能。
4、本发明采用白炭黑作补强剂，白炭黑所特有的超强粘附力、抗撕裂性、耐热性等性能能够显著提高竹粉/白炭黑复合补强淀粉基的机械性能和耐热性能。
5、本发明加入聚乙烯醇能够增大各原料之间的粘接力；加入增塑剂能够增加混合料的可塑性和加工流动性；加入复合助剂能够增加混合料的润滑性能，改善各原料之间的界面性能，提高材料的表面光洁度和加工成型性。
6、本发明制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料具有良好的机械性能、耐热性能和生物降解性能，易于加工成具有生物降解性的各类塑料制品，能够替代现有的污染环境的塑料制品以及生物难降解的塑料制品，在环境保护以及资源开发等方面都具有重要意义。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份称取以下各种原料：淀粉40份，竹粉15份，白炭黑6份，聚乙烯醇8份，增塑剂6份，复合助剂1.2份，水4份；所述复合助剂由聚乙烯蜡、硬脂酸、白油和偶联剂按质量比30∶30∶30∶10混合配制而成；所述增塑剂为三元醇，优选的三元醇为丙三醇；所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550（化学名称为3-氨基丙基三乙氧基硅烷）；
步骤二、将步骤一中称取后的淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水加入混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为140℃、160℃、170℃、160℃的条件下挤出，得到直径约3mm的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的挤出物。
本实施例制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的性能见表1。
实施例2
本实施例竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份称取以下各种原料：淀粉50份，竹粉10份，白炭黑5份，聚乙烯醇5份，增塑剂5份，复合助剂1份，水3份；所述复合助剂由聚乙烯蜡、硬脂酸、白油和偶联剂按质量比28∶32∶27∶12混合配制而成；所述增塑剂为三元醇，优选的三元醇为丙三醇；所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570（化学名称为3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）；
步骤二、将步骤一中称取后的淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水加入混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为140℃、150℃、170℃、160℃的条件下挤出，得到直径约3mm的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的挤出物。
本实施例制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的性能见表1。
实施例3
本实施例竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份称取以下各种原料：淀粉60份，竹粉12份，白炭黑9份，聚乙烯醇6份，增塑剂6份，复合助剂2份，水6份；所述复合助剂由聚乙烯蜡、硬脂酸、白油和偶联剂按质量比30∶28∶32∶8混合配制而成；所述增塑剂为二元醇，优选的二元醇为乙二醇；所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂YDH-151（化学名称为乙烯基三乙氧基硅烷）；
步骤二、将步骤一中称取后的淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水加入混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为140℃、160℃、170℃、160℃的条件下挤出，得到直径约3mm的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的挤出物。
本实施例制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的性能见表1。
实施例4
本实施例竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份称取以下各种原料：淀粉65份，竹粉18份，白炭黑15份，聚乙烯醇10份，增塑剂7份，复合助剂3份，水5份；所述复合助剂由聚乙烯蜡、硬脂酸、白油和偶联剂按质量比32∶27∶27∶8混合配制而成；所述增塑剂为二元醇，优选的二元醇为乙二醇；所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550（化学名称为3-氨丙基三乙氧基硅烷）；
步骤二、将步骤一中称取后的淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水加入混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为140℃、150℃、170℃、160℃的条件下挤出，得到直径约3mm的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的挤出物。
本实施例制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的性能见表1。
实施例5
本实施例竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份称取以下各种原料：淀粉70份，竹粉20份，白炭黑12份，聚乙烯醇7份，增塑剂10份，复合助剂2.5份，水5份；所述复合助剂由聚乙烯蜡、硬脂酸、白油和偶联剂按质量比30∶30∶30∶8混合配制而成；所述增塑剂为二元醇，优选的二元醇为1,2-丙二醇；所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550（化学名称为3-氨丙基三乙氧基硅烷）；
步骤二、将步骤一中称取后的淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水加入混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为140℃、160℃、170℃、150℃的条件下挤出，得到直径约3mm的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的挤出物。
本实施例制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的性能见表1。
实施例6
本实施例竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份称取以下各种原料：淀粉60份，竹粉15份，白炭黑12份，聚乙烯醇8份，增塑剂7份，复合助剂2份，水5份；所述复合助剂由聚乙烯蜡、硬脂酸、白油和偶联剂按质量比27∶27∶27∶12混合配制而成；所述增塑剂为二元醇，优选的二元醇为1,3-丙二醇；所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570（化学名称为3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）；
步骤二、将步骤一中称取后的淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水加入混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的加料段、熔融段、均化段、排料段的温度依次为140℃、160℃、170℃、160℃的条件下挤出，得到直径约3mm的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的挤出物。
本实施例制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始性能及其在潮湿土壤中经过30天降解后的性能见表1。
表1本发明制备的可降解塑料降解前后的性能对比结果
由表1可知，本发明制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始拉伸强度为7.6MPa～11.0MPa，在潮湿土壤中经过30天降解后拉伸强度仅为1.8MPa～3.7MPa；本发明制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始断裂伸长率为152%～167%，在潮湿土壤中经过30天降解后断裂伸长率仅为42%～109%；本发明制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始邵氏硬度为54HA～62HA，在潮湿土壤中经过30天降解后邵氏硬度仅为34HA～46HA；由此说明本发明制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料具有良好的机械性能和生物降解性能。除此之外，本发明制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的初始维卡软化点为112℃～128℃，在潮湿土壤中经过30天降解后维卡软化点仅为78℃～97℃；由此说明本发明制备的竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料具有良好的耐热性能和生物降解性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、按重量份称取以下各种原料：淀粉40～70份，竹粉10～20份，白炭黑5～15份，聚乙烯醇5～10份，增塑剂5～10份，复合助剂1～3份，水3～6份；所述复合助剂由聚乙烯蜡、硬脂酸、白油和偶联剂按质量比(27～32)∶(27～32)∶(27～32)∶(8～12)混合配制而成；所述增塑剂为二元醇或三元醇；所述偶联剂为硅烷偶联剂；
步骤二、将步骤一中称取后的淀粉、竹粉、白炭黑、聚乙烯醇、增塑剂、复合助剂和水加入混合机中混合均匀，得到混合料；
步骤三、将步骤二中所述混合料加入双螺杆挤出机中，在挤出温度为140℃～170℃的条件下挤出，得到竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料。
2.根据权利要求1所述的一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述二元醇为乙二醇、1,2-丙二醇或1,3-丙二醇，所述三元醇为丙三醇。
3.根据权利要求1所述的一种竹粉/白炭黑复合补强淀粉基可降解塑料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂YDH-151或硅烷偶联剂KH-570。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130717 |